Введение основных понятий в оптику (стр. 2 из 5)
Разъясняются различные применения плоских зеркал в технике.
Рекомендуются следующие упражнения:
1.Перед плоским зеркалом, несколько в стороне от него находится точечный источник света S. Определить где находится его изображение и область видения.
Эту задачу можно решить двояко. Первый путь – построить световой пучок, падающий на зеркало, и, пользуясь законом отражения, найти изображение точки и область его видения. Другой путь – нанести на чертеже точку S1, зная, что изображение находится на одном перпендикуляре к зеркалу со светящейся точкой и на таком же расстоянии от него, на каком источник S находится перед зеркалом. От точки S1 проводят ограничивающий пучок на зеркало; продолжение его является отраженным пучком, где и находится область видения изображения.
Наконец определяется, каково направление любого третьего луча внутри светового пучка после отражения. Можно исследовать, куда движется изображение, если S перемещается вправо, влево, к зеркалу и от него.
2. Данный точечный источник света перед зеркалом и величина зрачка глаза, находящегося по ту же сторону зеркала:
а) построить пучок лучей, позволяющий наблюдателю видеть изображение источника;
б) определить всю область видения изображения.
3. Светящийся предмет находится перед зеркалом несколько в стороне от него. Построить изображение и определить область видения всего изображения.
Здесь полезно рассмотреть два случая: Когда предмет длинной стороной расположен параллельно зеркалу и под углом к его плоскости.
4. Проверить (дома) закон отражения света при помощи булавок и плоского зеркала (хорошо использовать полоску жести).
Излагаются характеристики сферических зеркал – полюс зеркала, фокус, оптический центр, дается понятие о приосевых лучах.
При геометрических построениях изображений рекомендуется:
· каждый случай построения иллюстрировать опытом;
· показать, что любой луч в пучке, падающий на зеркало, после отражения пройдет через ту точку, в которой пересекаются два луча, выбранных для построения изображения;
· указать, что лучи, идущие от любой некрайней точки предмета, пересекутся в соответствующих местах межу крайними точками изображения;
· не обрывать пучков света в местах получения изображений - их следует несколько продолжить после пересечения лучей;
· в каждом случае рисовать зрачок глаза и подчеркивать, что расходящиеся световые пучки собираются в глазу, на сетчатке которого получается изображение;
Обращается внимание учащихся на то, что построение изображений возможно не только с помощью тех двух лучей, которые указаны в учебнике на рисунках, а любых двух лучей, падающих на зеркало. Наиболее удобно это сделать, пользуясь парой лучей из следующих трех: параллельно главной оптической оси; проходящего через оптический центр зеркала (вдоль радиуса кривизны).
Далее рассматривается применение сферических зеркал в прожекторах и фарах (в автомашинах, мотоциклах, велосипедах), в зеркальных телескопах, в оториноларингологии (вогнутое зеркало с отверстием посередине) и т.п. Обращается внимание на то, что светотехнические устройства перераспределяют световой поток в пространстве, направляя его в пределах небольшого угла. Поэтому сила света в определенном направлении увеличивается.
Преломление света. Линзы.
Преломление света.
Для проверки законов преломления демонстрируются два опыта: отражение и преломление (одновременно) плоских волн на поверхности жидкости (желательно стробоскопически) и отражение и преломление параллельного светового пучка на оптической шайбе. Зарисовываются наблюдаемые явления в обоих опытах. (рис 3. )
В волновой ванне преломление волн имеет место, если на её дно помещена стеклянная пластинка. С уменьшением толщины слоя жидкости скорость распространения волн уменьшается, что обуславливает преломление. Оптический опыт рекомендуется показать с одноцветным пучком света (используется светофильтр).
Аналогичные демонстрации ставятся с круговыми водяными волнами и с расходящимся пучком света.
Углы падения и преломления рекомендуется отсчитывать от нормали, восставленной к поверхности раздела двух сред; подчеркивается, что эти углы лежат в одной плоскости.
| Угол падения |  sina | Угол преломления,g | Sin g |  |
| 10 | 0,174 | 7 | 0,122 | 1,43 |
| 20 | 0,342 | 13 | 0,225 | 1,52 |
| 30 | 0,500 | 20 | 0,342 | 1,46 |
| 40 | 0,613 | 26 | 0,438 | 1,47 |
| 50 | 0,766 | 31 | 0,515 | 1,49 |
| 60 | 0,866 | 36 | 0,588 | 1,47 |
| 70 | 0,940 | 39 | 0,629 | 1,49 |
| Отсюда среднее значение n=1,48 | ||||
На опыте с оптической шайбой показывается следующее: при нормальном падении узкого светового пучка на плоскую поверхность полуцилиндра преломления нет; с увеличением угла падения растет и угол преломления; постоянным остается отношение не углов, а их синусов. Ниже приводится ряд измерений (таб 1.)
Дается определение показателя преломления. Для выражения его величины через отношение скоростей распространение света можно проанализировать (рис ), на котором показано преломление водяных волн. Так как BC=
и 
,То
и 
, а 
Следует обратить внимание на два факта:
1.Зная скорость света в вакууме c, можно определить его скорость в среде, для которой известен показатель преломления n:
.Например, для стекла с показателем преломления 1,5:
,а для воды, у которой n=1,33,
.2. Согласно теории электромагнитного поля скорость распространения электромагнитных волн:
,где с скорость распространения волн в вакууме, e и m - соответственно диэлектрическая и магнитная проницаемость среды. Из этого равенства следует, что
.Но
где n – показатель преломления среды. Следовательно, 
.Для ряда газообразных и жидких диэлектриков
. Поэтому 
.Это указывает на связь оптических и электромагнитных характеристик вещества.
Связь между показателем преломления и диэлектрической проницаемостью можно получить и так.
Показатель преломления среды
,где с – скорость электромагнитных волн в вакууме, а v – скорость в данной среде. Но
и 
,где ee0 и mm0 – соответственно значения диэлектрической и магнитной проницаемости среды, а e и m - соответственно их относительные значения. Поэтому
.Для неферромагнитных тел
, значит, 
.Излагается понятие об обратимости лучей. Здесь полезно иметь в виду, что принцип обратного хода лучей справедлив в геометрическом смысле, т.е. если не учитывать потери энергии при отражении и поглощении света.
Приводится пример, что показатель преломления воды относительно воздуха n=1,33, а воздуха относительно воды
.В демонстрационных опытах и лабораторных работах получается показатель преломления изучаемого вещества относительно воздуха. Абсолютный показатель преломления воздуха (относительно вакуума) равен 1,00029. Следовательно, nабс=1,00029n, где n определяется из опыта.
Желательно указать учащимся, что нельзя смешивать понятия «оптически более плотная среда» и «среда с большой плотностью».
Один урок или домашнее задание посвящается практической работе по определению показателя преломления стекла или воды. Желательно вычислить его значение относительно вакуума. Место для проведения этой работы в курсе физики определяется методом измерения. Если используется плоско-параллельная пластинка, то работу следует провести после введения понятия о показателе преломления. В случае применения опыта, изображенного на рис.4, оно проводится, когда учащимся уже знакомо явление полного отражения.